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本研究は、乾燥した粒子流に関する実験を行い、その流下形態や抵抗則を調べるとともに、この結果を用いて火砕流のモデルを提案する。
まず、急勾配の開水路において、水路勾配、材料の粒径、水路低面粗度を種々変化させて粒子流を発生させた。この観察から、流下形態には2種類存在し、水路勾配が約30ﾟ付近では層状タイプが、勾配が約40ﾟ付近では分散タイプの流れが存在することが分った。これらは流砂量や粒径にも依存し、流砂量が大きく、粒径が小さくなると層状タイプの領域が増加し、分散タイプの流れが現われにくくなる。
次に、流速分布、表面速度、流速係数、輸送濃度を調べた。その結果粗面上では表面流速・摩擦速度比や流速係数は層厚・粒径比に対して増加するが、層厚・粒径比が100付近でそれらは一定となる。滑面方では表面流速・摩擦速度比、流速係数は、層厚・粒径比に対してはぼ一定となる。これは土石流の特性とよく類似していることが分った。
さらに、粗面上の層状流れについて、土石流に対して得られた粒子間応力式を用いて理論解析を行った。それは実験結果をよく説明することができた。
最後に、火砕流の流動モデルとして、火山ガス、水蒸気および微細土砂が高密度流体を形成し、これが粗粒な砂礫を輸送するものと考えた。上記の粒子流の成果を基にして、運動方程式、連続式を求め、1991年6月3日運仙において発生した火砕流について再現計算を行い、火砕流の到達距離の比較を行った。
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